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Misteriosos heróis subaquáticos: como as bactérias desnitrificantes se tornam o inimigo do metano?
Na natureza, existe um microrganismo pouco conhecido que contribui silenciosamente com grande poder para o nosso meio ambiente. Estes pequenos organismos, chamados bactérias desnitrificantes, não só participam no ciclo do azoto, mas também desempenham um papel fundamental na redução das emissões do gás com efeito de estufa metano. Este grupo de bactérias extremamente diversificado biologicamente pode sobreviver e se reproduzir em diferentes ambientes ecológicos. É frequentemente esquecido, mas desempenha um papel importante no ecossistema.
As bactérias desnitrificantes incluem muitos filos diferentes, com mais de cinquenta espécies conhecidas, e estima-se que representem 10% a 15% do número total de bactérias na água, no solo e nos sedimentos.
Essas bactérias usam compostos de óxido de nitrogênio, como nitrato e nitrito, como aceitadores terminais de elétrons para completar o processo de desnitrificação em um ambiente anóxico. A via metabólica das bactérias desnitrificantes depende principalmente da ação sinérgica de múltiplas enzimas, incluindo nitrato redutase, nitrito redutase, óxido de nitrogênio redutase e gás hilariante redutase, para converter óxidos de nitrogênio em nitrogênio ou gás hilariante. Este processo é crucial para manter o equilíbrio ecológico porque liberta o excesso de azoto de volta à atmosfera sob a forma de gás, reduzindo assim os níveis de azoto no solo e na água.
Diversidade de bactérias desnitrificantes
As características biológicas das bactérias desnitrificantes são diversas e muitas espécies bacterianas diferentes realizam a desnitrificação. Sua adaptabilidade permite que sobrevivam em ambientes extremos, como habitats com alto teor de sal e altas temperaturas. Isso permite que as bactérias desnitrificantes sobrevivam com sucesso em vários ecossistemas e alternem com flexibilidade suas vias metabólicas em ambientes aeróbicos e anóxicos.
"A adaptabilidade das bactérias desnitrificantes as torna atores-chave nos ecossistemas ambientais."
Mecanismo de desnitrificação
Bactérias desnitrificantes geram ATP através do processo de desnitrificação e convertem óxidos de nitrogênio em gás nitrogênio. A semi-reação representada por este processo termodinâmico pode ser expressa como: 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O, que expressa como duas moléculas de nitrato são convertidas em uma molécula de nitrogênio e seis moléculas de água. Cada etapa deste processo requer enzimas específicas para auxiliar nas reações químicas. O processo de conversão de nitrato em nitrogênio pode ser dividido em várias etapas.
A relação entre oxidação do metano e desnitrificação
Acoplamento de oxidação anaeróbica de metano e desnitrificação
A oxidação do metano juntamente com a desnitrificação em ambientes anaeróbicos foi descoberta pela primeira vez em 2008. Este processo é apoiado por bactérias especializadas que são capazes de oxidar independentemente o metano em um ambiente com deficiência de oxigênio. Este mecanismo utiliza o excesso de elétrons liberados durante a oxidação do metano para reduzir o nitrato, reduzindo assim efetivamente o nitrogênio e o metano fixos no corpo d'água.
"A desnitrificação anaeróbica pode contribuir significativamente para os atuais ciclos globais de metano e nitrogênio. A remoção eficaz do metano, gás de efeito estufa, é crítica para o meio ambiente."
Bactérias desnitrificantes servem como tanque de sedimentação para metano
Em ambientes de águas profundas, as bactérias desnitrificantes demonstraram a sua importância na oxidação do metano. O metano é um dos principais gases com efeito de estufa, com um potencial de aquecimento global 25 vezes superior ao do dióxido de carbono. Estudos no Lago Constança, na Europa, mostraram que o acoplamento da oxidação anaeróbica do metano e da desnitrificação é um mecanismo dominante de precipitação do metano.
O impacto das bactérias desnitrificantes no meio ambiente
Efeitos da desnitrificação na produtividade da planta
Embora o processo de desnitrificação ajude a reduzir a poluição por nitrogênio nos corpos d’água, ele pode reduzir a fertilidade do solo. Isto porque a desnitrificação pode piorar as condições do solo que limitam o crescimento das plantas devido à deficiência de azoto, um factor que poderá necessitar de ser restaurado no futuro através da introdução de nutrientes adicionais.
Aplicação de bactérias desnitrificantes no tratamento de águas residuais
As bactérias de desnitrificação são mais importantes para o tratamento de águas residuais. Essas bactérias podem converter compostos de nitrogênio prejudiciais e purificar a água ao tratar águas residuais contendo grandes quantidades de nitrogênio. Ao cooperar com outros microrganismos que ciclam o nitrogênio, as bactérias desnitrificantes podem alcançar uma remoção eficiente do nitrogênio.
À medida que o meu país atribui cada vez mais importância à protecção ambiental, o papel das bactérias desnitrificantes na gestão ecológica do ambiente e na resposta às alterações climáticas tornar-se-á ainda mais importante. O que vale a pena pensar é, no futuro desenvolvimento da ciência e da tecnologia, como poderemos utilizar ainda mais estes heróis subaquáticos para lidar com o desafio das alterações climáticas globais?
